KR102610478B1 - 온도감응변색 및 차열효과가 우수한 표층부를 구비한 감온변색차열 콘크리트 블록 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 온도감응변색 및 차열효과가 우수한 표층부를 구비한 감온변색차열 콘크리트 블록 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 물, 시멘트, 부순굵은골재, 부순잔골재, 페로니켈슬래그 잔골재 및 고성능 AE감수제를 포함하여 조성되는 기층모르타르로 형성한 기층부와; 상기 기층부 상부에 물, 시멘트, 규사, 감온변색골재, 차열골재 및 고성능 AE감수제를 포함하여 조성되는 표층모르타르로 형성한 표층부;로 구성되어 노면의 온도에 따라 자연적으로 색상이 변화하여 노면의 온도상태를 나타냄과 동시에 도시미관의 다양성을 제공하며, 여름철 도심지 보도블록의 차열에 의한 열섬효과를 방지할 수 있는 온도감응변색 및 차열효과가 우수한 표층부를 구비한 감온변색차열 콘크리트 블록 및 그 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 온도감응변색 및 차열효과가 우수한 표층부를 구비한 감온변색차열 콘크리트 블록 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 물, 시멘트, 부순굵은골재, 부순잔골재, 페로니켈슬래그 잔골재 및 고성능 AE감수제를 포함하여 조성되는 기층모르타르로 형성한 기층부와; 상기 기층부 상부에 물, 시멘트, 규사, 감온변색골재, 차열골재 및 고성능 AE감수제를 포함하여 조성되는 표층모르타르로 형성한 표층부;로 구성되어 노면의 온도에 따라 자연적으로 색상이 변화하여 노면의 온도상태를 나타냄과 동시에 도시미관의 다양성을 제공하며, 여름철 도심지 보도블록의 차열에 의한 열섬효과를 방지할 수 있는 온도감응변색 및 차열효과가 우수한 표층부를 구비한 감온변색차열 콘크리트 블록 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 인도나 보도 및 주택단지, 광장, 공원, 주차장 등에 널리 시공되는 보도블록은 평평한 보도를 제공하여 보행자가 편안하게 보행하기 위한 것으로, 도시계획에 있어 도시미관과 보행의 편의성을 고려하여 다양한 형태와 용도로 시공되고 있다.
또한, 최근에는 상기 보도블록은 야간 및 우천시에 시인성을 제공하기 위하여 축광성 발광체를 활용하여 심미성 및 시인성을 확보하기 위한 다양한 기술이 개발되고 있는데, 상기 축광성 발광체는 안료의 일종으로 빛을 축척한 후 빛을 발광하는 것으로 널리 사용되고 있으며, 이러한 축광 안료는 보행자와 차량의 경계, 자전거 도로의 안내, 보도의 지시 등에 사용이 가능하다.
그러나, 상기와 같은 보도블록은 야간 및 우천시에는 축광안료를 사용하여 심미성, 시인성을 확보할 수 있지만, 주간에는 표층부에 단일 칼라층을 형성하여 획일적으로 단일칼라만을 표현하거나 콘크리트 블록의 본연의 색상인 회색의 색상만을 현출하여 도시 미관에 있어서 그 심미성, 시인성에 있어서 다양한 색상을 나타낼 수 없는 문제점이 있었다.
뿐만 아니라, 최근에는 아파트, 전원주택, 주상복합아파트 및 오피스텔을 시공하면서, 웰빙과 고급화를 추구하기 위하여 거실, 부엌, 화장실 및 도로 측면의 보도 바닥면에 대리석, 화강석 및 자갈 등에 자연석을 이용하여 바닥면을 시공하는 경우가 많이 발생하고 있는 추세이지만, 상기 자연석은, 제조단가가 비싸서 시공 비가 증가하므로 고급화를 추구하는 곳이 아니면 사용하지 못하는 단점있었다
이에 따라 기존의 콘크리트 블록을 개선하여 도시의 미관과 보행자에게 다양한 색상의 콘크리트 블록에 의한 심미성 및 시인성의 요구가 증가하고 있으며, 특히, 봄, 여름, 가을, 겨울 사계절 또는 하루 일교차에 의해서도 변화지 않는 콘크리트 블록을 대체할 수 있도록 온도에 따라 색상이 변할 수 있는 시온안료가 첨가되어 이미지를 표현한 다양한 형태의 콘크리트 블록의 수요가 증가하고 있다.
즉, 온도에 따라 색상이 변하는 콘크리트 블록으로서, 하루에도 노면의 온도에 따라 자연적으로 색상이 변화하게 되어 노면의 온도상태를 보행자나 이용자에게 제공하면서 도시건축물 주변이나 공원의 동적인 색감을 줄 수 있으며, 비, 눈, 직사광선에 따라서 도로의 색상이 자연적으로 변화되는 볼거리도 제공할 수 있도록 시온안료를 사용한 콘크리트 블록의 수요 및 기술개발이 요구되고 있다.
이에 최근까지 개발된 감온변색 콘크리트 블록에 관한 종래 기술들을 살펴보면, 한국등록특허 10-0890863(등록일자 2009년03월20일)에 결합재, 물 및 골재를 포함하는 온도감응 색상변화 콘크리트 조성물에 있어서, 상기 물 100 중량부에 대하여 온도 변화에 반응하여 색상을 변화시키는 기능성 잉크를 50~80%의 중량비로 첨가하되, 상기 기능성 잉크는 마이크로캡슐 내에 변색 온도 범위와 색상이 다른 2~10종의 감온 잉크가 배합 충진되고, 상기 각각의 감온 잉크는 변색 온도 범위 전, 후에서 투명한 상태가 되며, 상기 감온 잉크를 이용한 열감지온도는 -15℃ ~ 70℃사이이며, 변색 온도 범위는 2℃~10℃인 것을 특징으로 하는 온도감응 색상변화 콘크리트 조성물이 공지되어 있다.
또한, 한국공개특허 10-2012-0135841(공개일자 2012년12월17일)에는 시멘트와 물 그리고 고운모래를 혼합한 몰탈을 기존의 콘크리트 배합과정이나 규정에 의한 몰탈공정과; 여기에 전체 중량의 1~30% 정도의 시온안료(5)를 더 첨가한 후 준비된 몰드에 상기 몰탈을 채워 전체적으로 형상을 유지하도록 하는 충전공정과; 상기 충전공정이 끝난 후 가압과 진동을 통하여 고르게 다져서 성형하는 성형공정과; 상기 성형공정이 끝난 후 건조하여 굳은 상태로 만드는 양생공정과; 상기 양생공정이 끝난 후 몰드를 제거하여 완전한 블록으로 만드는 탈형공정으로 완성되는 온도에 따라 색상이 변하는 콘크리트 블록이 공지되어 있다.
또한, 한국등록특허 10-1294224(등록일자 2013년08월01일)에는 포장체; 상기 포장체 상부에 도료 100중량부당 감온 온도역대 및 색상이 상이한 두 개 이상의 시온안료 각각 10 내지 20중량부; 산화아연 8 내지 12중량부; 및 경화제 10 내지 20중량부를 포함하는 온도감응색변화기능성 코팅조성물이 도포되어 형성되는 제1코팅층; 및 상기 제1코팅층 상에 투명색 도료 100중량부당 산화아연 8 내지 12중량부; 자외선차단제 1 내지 3중량부; 및 경화제 10 내지 20중량부를 포함하는 보호기능성코팅조성물이 도포되어 형성되고 상기 온도감응색변화기능성 코팅 조성물의 내구성을 강화시키는 제2코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도감응색변화용포장체이 공지되어 있다.
또한, 한국등록특허 10-2056563(등록일자 2019년12월10일)에는 백색포트랜드시멘트 50 중량%; 고로슬래그 미분말 20 중량%; 석고(calcium sulfate dihydrate; CaSO4·2H2O) 10 중량%; 및 감온변색 색소로 망간 바이올렛(manganese violet)을 20 중량%;를 유효성분으로 포함하고, 상기 감온변색 색소를 감싸는 캡슐이 400 ℃ 이상의 온도에서 부서지면서 보라색(violet, purple)에서 하얀색(white)으로 비가역적 변색되는 것을 특징으로 하는 감온변색 무기 결합재가 공지되어 있다.
그러나, 상기 종래 기술들은 결합재, 물 및 골재를 포함하는 콘크리트 조성물에 온도감응 시온안료 등을 혼합하여 콘크리트를 형성함에 따라 콘크리트 블록 전체에 시온안료가 혼합되어 감온변색되는 콘크리트 표층뿐만 아니라, 감온변색이 필요없는 콘크리트 기저층에도 시온안료가 혼합되어 시온안료의 낭비 및 비경제적인 문제점이 있었다.
뿐만 아니라, 한국등록특허 10-1294224는 콘크리트 포장체 상부에 온도감응 색변화기능성 코팅조성물을 코팅하여 코팅막을 형성함에 따라 보행자 및 차량의 운행에 의해 코팅막의 마모로 인해 내구성이 떨어지는 문제가 있었고, 코팅된 온도감응 색변화기능성 코팅조성물이 마모에 의해 손실되어 감온변색 기능이 소멸되는 치명적인 문제점이 있었다.
한편, 급격한 산업화와 도시화에 따른 부작용으로 인한 엘리뇨, 라니냐 등 이상기온 현상과 홍수피해 등으로 인간 생활 영위를 위한 최소한의 개발도 조심스러워지는 시점에서 전 세계적으로 환경적으로 건전하고 지속가능한 개발(ESSD) 개념을 도입하고 있는 실정이다.
하지만, 도심부의 도로 및 주변 환경은 대부분 다양한 포장 재료로 도포되어 인공적인 상태로 바뀌었고 그로 인해 자연상태의 태양에너지 순환이 원활히 이루어지고 있지 못함으로써 국지적인 열섬현상(Heat Island; 온도가 대기오염이나 인공열 등의 영향으로 주변지역보다 높게 나타나는 현상)이 빈번히 발생해 왔다.
특히, 도시의 면적의 10 ~ 20%를 차지하고 있고 여름철 60℃까지 온도가 올라가는 도로포장을 열섬현상의 주요원인이라고 판단되고 있으므로 따라서 이러한 도심부 환경을 개선코자 녹지 및 오픈스페이스의 확보, 인공열 발생 억제(교통량, 냉난방), 건물용도 및 도시특성을 고려한 도시설계 등 여러 방안이 모색되고 있다.
그중에서도, 여름철 도심지 도로포장의 온도를 저하시켜 대기온도 상승을 억제하는 차열성 포장은 도시 열섬화를 해결할 수 있는 획기적 개념의 도로포장 공법으로 차열성 포장의 핵심기술인 차열도료에 대한 연구의 필요성이 대두되고 있다.
종래 도로 및 건축물에 대한 차열 기술들을 살펴 보면, 한국등록특허 10-1847604(등록일자 2018년04월04일)에 하도용 도료와 상도용 도료로 조성되는 도료 세트에 있어서, 상기 하도용 도료는, 물, 아크릴 에멀젼, 보온재료, 티타늄 분말, 경질 탄산칼슘 분말 및 보조제로 조성되고, 상기 상도용 도료는, 물, 수성 불소수지 에멀젼, 실리콘 아크릴 에멀젼, 나노 산화물 단열입자, 티타늄 분말, 경질 탄산칼슘 분말 및 보조제로 조성되되, 상기 보온재료는, 진공 유리 알갱이, 붕소 규산염 진공 유리 알갱이, 진공 유리 섬유 또는 이들의 1종 이상의 혼합물 중 선택되는 어느 하나이고, 상기 나노 산화물 단열입자는, 나노 이산화규소, 금홍석계(金紅柯謹)열 나노 이산화티타늄, 나노 산화아연, 나노 산화알루미늄 또는 이들의 1종 이상의 혼합물 중 선택되는 어느 하나이며, 상기 보조제는, 소포제, 분산제, 습윤제, 유평제, 곰팡이 방지제/살균제, pH 조절제, 도막형성제, 점도 조절제 또는 방동제 중 선택되는 어느 하나 이상이고, 상기 수성 불소수지 에멀젼은, 테플론 에멀젼, '테플론 및 헥사플루오르프로필렌의 공중합체 에멀젼', '테플론 및 에틸렌의 공중합체 에멀젼' 또는 이들의 1종 이상의 혼합물 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자외선 차단 성능이 우수한 수성 열반사 보온 단열 도료 세트가 공지되어 있다.
또한, 한국등록특허 10-1976687(등록일자 2019년05월02일)에는 고형분 함량이 20 내지 70중량%인 아크릴 에멀젼 100중량부에 대하여 세노스피어 5 내지 30중량부, 펄라이트 10 내지 30중량부, 이산화 티타늄 40 내지 70중량부, 규조토 2 내지 20중량부, 용제 30~80 중량부 및 천연고분자 다당류를 프로필렌 글라이콜에 녹여 고형분 함량이 40 내지 70중량%가 되도록 한 용액 5 내지 20중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차열도료 조성물이 공지되어 있다.
또한, 한국공개특허 10-2019-0085306(공개일자 2019년07월18일)에는 Sodium Silicate 접착제 87 ~ 94 중량%; 수용성 시멘트계 무기안료 5~ 10 중량%; 중공 세라믹, 실리카 플라워 중 하나 또는 둘의 혼합에 의해 형성된 차열성 첨가재 1 ~ 3 중량%;로 구성된 것을 특징으로 하는 무기계 차열도료가 공지되어 있다.
또한, 한국공개특허 10-2020-0016137(공개일자 2020년02월14일)에는 에폭시계 화합물을 포함하는 하도용 도료조성물; 폴리우레탄 중합체를 포함하는 바인더 성분 및 중공형 나노비드를 포함하는 단열필러를 포함하는 차폐필러를 포함하는 중도용 도료조성물; 및 아크릴계 화합물을 포함하는 상도용 도료조성물;을 포함하는 차폐열도료가 공지되어 있다.
그러나, 상기 차열도료들은 콘크리트를 이루는 재료에 혼합되어 콘크리트가 존재하는 한 차열성능을 발휘하는 것이 아니라, 콘크리트 또는 건축물 구조체에 도료로 코팅되어 차열층을 형성하는 것이므로 시간이 경과함에 따라 외부 대기환경 또는 조건에 의한 마모, 부식, 침식 등에 의해 차열층이 소실될 우려가 있고, 그 때마다 코팅 시공을 반복하여야 하는 번거로운 문제점이 있었다.
이에 따라, 본 출원인 및 발명자들은 콘크리트 블록의 표층을 이루는 표층부의 모르타르에 감온변색·차열성능을 발휘하는 골재를 별도로 제조하여 혼합함으로써 콘크리트 블록의 표층부와 일체로 형성되어 감온변색·차열성능이 외부환경에 영향이 없이 그 효과가 지속될 수 있는 감온변색·차열 콘크리트 블록을 개발하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 상기 종래 문제점을 해결하고자 한 것으로, 물, 시멘트, 부순굵은골재, 부순잔골재, 페로니켈슬래그 잔골재 및 고성능 AE감수제를 포함하여 조성되는 기층모르타르로 형성한 기층부와; 상기 기층부 상부에 물, 시멘트, 규사, 감온변색골재, 차열골재 및 고성능 AE감수제를 포함하여 조성되는 표층모르타르로 형성한 표층부;로 구성되어 노면의 온도에 따라 자연적으로 색상이 변화하여 노면의 온도상태를 나타냄과 동시에 도시미관의 다양성을 제공하며, 여름철 도심지 보도블록의 차열에 의한 열섬효과를 방지할 수 있는 온도감응변색 및 차열효과가 우수한 표층부를 구비한 감온변색차열 콘크리트 블록을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 물 70~100중량부, 시멘트 280~310중량부, 부순굵은골재 60~110중량부, 부순잔골재 600~710중량부, 페로니켈슬래그 잔골재 900~1,000중량부 및 고성능 AE감수제 1~3중량부를 포함하여 조성되는 기층모르타르로 형성한 기층부와; 상기 기층부 상부에 물 20~30중량부, 시멘트 90~110중량부, 규사 320~400중량부, 감온변색골재 50~100중량부, 차열골재 50~100중량부 및 고성능 AE감수제 0.5~2중량부를 포함하여 조성되는 표층모르타르로 형성한 표층부;로 구성되어 노면의 온도에 따라 자연적으로 색상이 변화하여 노면의 온도상태를 나타냄과 동시에 도시미관의 다양성을 제공하며, 여름철 도심지 보도블록의 차열에 의한 열섬효과를 방지할 수 있는 온도감응변색 및 차열효과가 우수한 표층부를 구비한 감온변색차열 콘크리트 블록을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 감온변색골재는 물 50~100중량부, 시멘트 80~150중량부, 규사 250~300중량부, 다공성 장석 분말 50~100중량부, 시온안료 5~20중량부, 규산나트륨 5~20중량부 및 고성능 AE감수제 0.5~2중량부를 포함하여 조성되는 모르타르를 양생 경화시킨 후, 상기 규사 입자크기로 분쇄한 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 다공성 장석 분말 및 시온안료는 믹서기에 투입하여 균일하게 혼합하면서 압력을 가하여 상기 시온안료가 상기 다공성 장석 분말의 공극에 함침되도록 전처리되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 시온안료는 입자크기 1-10㎛인 마이크로캡슐(microcapsule) 가역 시온안료인 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 시온안료는 저온에서 고온 또는 고온에서 저온으로 변하는 온도에 감응하여 변색되는 3종 이상의 색상을 나타내는 혼합 시온안료인 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 차열골재는 LCD/OLED 폐유리, 태양광패널 폐유리 및 스크랩 파쇄유리로부터 1종 이상 선택되는 폐유리 분말인 광반사 필러와, 평균입경이 10 ~ 100㎛이며, 실리카 또는 알루미늄 실리케이트 마이크로 쉘-중공구체인 열차폐단열 필러를 1:1중량비로 혼합한 것을 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 본 발명은, 물 50~100중량부, 시멘트 80~150중량부, 규사 250~300중량부, 다공성 장석 분말 50~100중량부, 시온안료 5~20중량부, 규산나트륨 5~20중량부 및 고성능 AE감수제 0.5~2중량부를 포함하여 조성되는 모르타르를 양생 경화시킨 후, 상기 규사 입자크기로 분쇄하여 감온변색골재를 제조하는 제1단계; 물 70~100중량부, 시멘트 280~310중량부, 부순굵은골재 60~110중량부, 부순잔골재 600~710중량부, 페로니켈슬래그 잔골재 900~1,000중량부 및 고성능 AE감수제 1~3중량부를 포함하여 조성되는 기층모르타르를 제조하는 제2단계; 물 20~30중량부, 시멘트 90~110중량부, 규사 320~400중량부, 감온변색골재 50~100중량부, 차열골재 50~100중량부 및 고성능 AE감수제 0.5~2중량부를 포함하여 조성되는 표층모르타르를 제조하는 제3단계; 상기 제2단계에서 제조된 기층모르타르를 형틀 하부에 타설하고, 상기 기층모르타르 타설면 상부에 상기 제3단계에서 제조된 표층모르타르를 타설하여 성형한 후, 탈형하여 양생시키는 제4단계;를 포함하는 온도감응변색 및 차열효과가 우수한 표층부를 구비한 감온변색차열 콘크리트 블록의 제조방법을 과제의 해결수단으로 한다.
본 발명의 감온변색차열 콘크리트 블록은 물, 시멘트, 부순굵은골재, 부순잔골재, 페로니켈슬래그 잔골재 및 고성능 AE감수제를 포함하여 조성되는 기층모르타르로 형성한 기층부와; 상기 기층부 상부에 물, 시멘트, 규사, 감온변색골재, 차열골재 및 고성능 AE감수제를 포함하여 조성되는 표층모르타르로 형성한 표층부;로 구성되어 노면의 온도에 따라 자연적으로 색상이 변화하여 노면의 온도상태를 나타냄과 동시에 도시미관의 다양성을 제공하며, 여름철 도심지 보도블록의 차열에 의한 열섬효과를 방지할 수 있는 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 감온변색차열 콘크리트 블록을 나타낸 사시도
도 2는 본 발명에서 사용되는 시온안료 마이크로 캡슐 모식도
도 3은 본 발명의 감온변색차열 콘크리트 블록의 색상 변화 예시도
도 2는 본 발명에서 사용되는 시온안료 마이크로 캡슐 모식도
도 3은 본 발명의 감온변색차열 콘크리트 블록의 색상 변화 예시도
본 발명은 물 70~100중량부, 시멘트 280~310중량부, 부순굵은골재 60~110중량부, 부순잔골재 600~710중량부, 페로니켈슬래그 잔골재 900~1,000중량부 및 고성능 AE감수제 1~3중량부를 포함하여 조성되는 기층모르타르로 형성한 기층부와; 상기 기층부 상부에 물 20~30중량부, 시멘트 90~110중량부, 규사 320~400중량부, 감온변색골재 50~100중량부, 차열골재 50~100중량부 및 고성능 AE감수제 0.5~2중량부를 포함하여 조성되는 표층모르타르로 형성한 표층부;로 구성되어 노면의 온도에 따라 자연적으로 색상이 변화하여 노면의 온도상태를 나타냄과 동시에 도시미관의 다양성을 제공하며, 여름철 도심지 보도블록의 차열에 의한 열섬효과를 방지할 수 있는 온도감응변색 및 차열효과가 우수한 표층부를 구비한 감온변색차열 콘크리트 블록을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 감온변색골재는 물 50~100중량부, 시멘트 80~150중량부, 규사 250~300중량부, 다공성 장석 분말 50~100중량부, 시온안료 5~20중량부, 규산나트륨 5~20중량부 및 고성능 AE감수제 0.5~2중량부를 포함하여 조성되는 모르타르를 양생 경화시킨 후, 상기 규사 입자크기로 분쇄한 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 다공성 장석 분말 및 시온안료는 믹서기에 투입하여 균일하게 혼합하면서 압력을 가하여 상기 시온안료가 상기 다공성 장석 분말의 공극에 함침되도록 전처리되는 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 시온안료는 입자크기 1-10㎛인 마이크로캡슐(microcapsule) 가역 시온안료인 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 시온안료는 저온에서 고온 또는 고온에서 저온으로 변하는 온도에 감응하여 변색되는 3종 이상의 색상을 나타내는 혼합 시온안료인 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 차열골재는 LCD/OLED 폐유리, 태양광패널 폐유리 및 스크랩 파쇄유리로부터 1종 이상 선택되는 폐유리 분말인 광반사 필러와, 평균입경이 10 ~ 100㎛이며, 실리카 또는 알루미늄 실리케이트 마이크로 쉘-중공구체인 열차폐단열 필러를 1:1중량비로 혼합한 것을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 물 50~100중량부, 시멘트 80~150중량부, 규사 250~300중량부, 다공성 장석 분말 50~100중량부, 시온안료 5~20중량부, 규산나트륨 5~20중량부 및 고성능 AE감수제 0.5~2중량부를 포함하여 조성되는 모르타르를 양생 경화시킨 후, 상기 규사 입자크기로 분쇄하여 감온변색골재를 제조하는 제1단계; 물 70~100중량부, 시멘트 280~310중량부, 부순굵은골재 60~110중량부, 부순잔골재 600~710중량부, 페로니켈슬래그 잔골재 900~1,000중량부 및 고성능 AE감수제 1~3중량부를 포함하여 조성되는 기층모르타르를 제조하는 제2단계; 물 20~30중량부, 시멘트 90~110중량부, 규사 320~400중량부, 감온변색골재 50~100중량부, 차열골재 50~100중량부 및 고성능 AE감수제 0.5~2중량부를 포함하여 조성되는 표층모르타르를 제조하는 제3단계; 상기 제2단계에서 제조된 기층모르타르를 형틀 하부에 타설하고, 상기 기층모르타르 타설면 상부에 상기 제3단계에서 제조된 표층모르타르를 타설하여 성형한 후, 탈형하여 양생시키는 제4단계;를 포함하는 온도감응변색 및 차열효과가 우수한 표층부를 구비한 감온변색차열 콘크리트 블록의 제조방법을 기술구성의 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예 및/또는 도면을 통하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예 및/또는 도면에 한정되지 않는다.
먼저, 본 발명의 온도감응변색 및 차열효과가 우수한 표층부를 구비한 감온변색차열 콘크리트 블록은 물 70~100중량부, 시멘트 280~310중량부, 부순굵은골재 60~110중량부, 부순잔골재 600~710중량부, 페로니켈슬래그 잔골재 900~1,000중량부 및 고성능 AE감수제 1~3중량부를 포함하여 조성되는 기층모르타르로 형성한 기층부와; 상기 기층부 상부에 물 20~30중량부, 시멘트 90~110중량부, 규사 320~400중량부, 감온변색골재 50~100중량부, 차열골재 50~100중량부 및 고성능 AE감수제 0.5~2중량부를 포함하여 조성되는 표층모르타르로 형성한 표층부;로 구성되어 노면의 온도에 따라 자연적으로 색상이 변화하여 노면의 온도상태를 나타냄과 동시에 도시미관의 다양성을 제공하며, 여름철 도심지 보도블록의 차열에 의한 열섬효과를 방지할 수 있도록 구성된다.
즉, [도 1]을 참조하여 설명하면, 본 발명의 온도감응변색 및 차열효과가 우수한 표층부를 구비한 감온변색차열 콘크리트 블록(100)은, 기층모르타르로 형성한 기층부(10)와; 상기 기층부 상부에 감온변색골재(110) 및 차열골재(120)를 포함하는 표층모르타르로 형성한 표층부(30);로 구성된다.
이때, 상기 기층모르타르는 규사를 대체 사용하기 위하여 페로니켈슬래그 잔골재를 대체 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 페로니켈슬래그 잔골재는 스텐레스강 제조 원료인 페로니켈(Ferronickel)의 제조에서 발생되는 페로니켈슬래그를 잔골재화한 것이다.
이때, 본 발명에서 사용되는 페로니켈슬래그 잔골재는 1500℃이상의 고온용융단계를 거쳐 생성되기 때문에 환경적으로 유해성이 없으므로 골재로서의 활용가능성이 매우 높은 것으로, 배출즉시 살수 시설에 의해 살수되거나, 서냉되어 100℃ 이하로 냉각된 후 괴상 상태로 처리업체로 운송되어 파쇄, 잔골재로 생성된다.
또한, 본 발명에서 사용되는 상기 페로니켈슬래그 잔골재는 급냉하여 배출될 수 있는데, 턴디쉬를 통해 배출되는 용융 페로니켈슬래그에 고속의 공기를 분사하여 상기 용융 페로니켈슬래그를 미세한 액적으로 분리하면서 상기 분리된 미세한 액적을 상기 분사된 고속의 공기와 주위 분위기에 의해 급냉시켜 생성되는 페로니켈슬래그볼을 파쇄 및 입도조절 공정에 의해 제조될 수 있다.
특히, 상기와 같은 고속가스분사 과정에서 출탕되어 구형액적으로 비산되는 급냉 페로니켈슬래그 입자는 구형액적 비산과 마찰력에 의해 구형 또는 타원형을 띄게 되며, 입자들의 표면 색상이 녹색, 흑녹색, 회녹색, 녹갈색, 회갈색, 흑갈색, 흑회색 또는 흑색 색상을 띠거나 상기 색상 중 2종 이상의 색상이 혼합되고, 매끈한 형태의 페로니켈슬래그 입자를 얻을 수 있으며, 기존의 수쇄 또는 서냉에 의한 무정형의 페로니켈슬래그 입자의 형상과 대비되는 구형 형상을 나타낸다.
본 발명의 상기 페로니켈슬래그 잔골재는 다음 [표 1]에 나타낸 바와 같이, 밀도(g/㎤) 2.7~3.5, 흡수율(%) 1~2인 것을 사용하는데, 모래의 품질기준인 절건밀도 2.4 g/㎤ 이상, 흡수율 4% 이하와 대비해 볼 때, 물성이 우수함을 알 수 있으며, 그 화학적 성분의 다음 [표 2]와 같이 천연규사보다 화학적으로 고강도의 성분을 함유하고 있어 천연규사를 대체할 수 있다.
| 구분 | 규격(KS F 2790) | 결과치 |
| 밀도(g/㎤) | 2.7 이상 | 3.1 |
| 흡수율(%) | 3.0 이하 | 1.58 |
| 구분 | SiO2 | MgO | CaO | Al2O3 | FeO | NiO |
| 니켈슬래그 | 57.6 | 31.34 | 0.34 | 1.72 | 5.25 | 0.041 |
한편, 본 발명에서 사용되는 부순굵은골재 및 부순잔골재는 암석을 파쇄하여 생산된 자갈과 모래로서 일반 강자갈 및 천연모래에 비해 강도가 높고, 골재의 향태가 강자갈 처럼 부드러운 원형이 아닌 세장한 입형이 있어 부착성능, 결합성능이 좋지만 시공성이 떨어지므로 상기 고성능 AE감수제를 반드시 사용해야 한다.
이에 따라 본 발명에서 상기 부순굵은골재 및 부순잔골재를 사용하게 되면 콘크리트 블록의 강도증가와 함께 천연골재의 대체효과가 있게 된다.
아울러, 본 발명에 사용되는 고성능 AE감수제는 폴리카본산계를 주성분으로 하는 고성능 AE 감수제로서 기존 혼화제의 단점인 낮은 감수율 및 슬럼프 로스를 해결한 새로운 개념의 혼화제로 콘크리트 제조 시우수한 감수력과 슬럼프 유지성능 및 고 내구성을 고루 갖춘 고기능성 콘크리트 제조가 가능한 고성능 감수제이다.
특히, 상기 고성능 AE감수제는 내구성 향상 및 단위수량이 대폭 감소될 수 있고, 고강도 콘크리트 및 저발열 콘크리트를 제조할 수 있으며, 장시간 운반에 따른 슬럼프 로스가 개선되어 LNG탱크기지, LPG탱크기지, 원자력 발전소 등의 대규모 콘크리트 타설용 고감수율에 의한 단위수량 저감 및 고내구성 콘크리트제조에 유리하고, 슬럼프 유지력이 탁월하여 장시간동안 작업성을 유지할 수 있으며, 수화열저감에 따른 균열 억제와 시멘트 절감으로 콘크리트 제조비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.
뿐만 아니라, 조내구성 수밀성 증진에 따른 동결융해 저항성 향상, 블리딩이 적고 재료분리 저항성이 높으며, 내고유동에 따른 자체 충진이 우수하여 콘크리트 표면이 미려한 장점이 있으며, 특히 본 발명에서는 ECONEX® CooNa-S를 기층 및 표츨 모르타르에 0.5~2중량부 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 감온변색골재는 물 50~100중량부, 시멘트 80~150중량부, 규사 250~300중량부, 다공성 장석 분말 50~100중량부, 시온안료 5~20중량부, 규산나트륨 5~20중량부 및 고성능 AE감수제 0.5~2중량부를 포함하여 조성되는 모르타르를 양생 경화시킨 후, 상기 규사 입자크기로 분쇄한 것을 사용한다.
여기서, 상기 다공성 장석 분말은 지각을 구성하는 물질 중 가장 흔한 자연계 물질이며 산업광물로서 유리, 도료 등의 제조에 이용되고 있다. 이러한 장석의 광물구조는 일차적으로 Al과 Si의 배열-비배열, 쌍정, 연정 및 이들의 복합적 구조와 연관되고(Parsons, 1994; Smith & Brown, 1988; Deer et al., 2001), 이차적으로 풍화와 변질에 의한 미세구조로 구분된다.
특히, 풍화과정에서 장석의 표면에는 미세한 공극이 특징적으로 발달하고 있는데, 이러한 장석의 다공체 구조로 인해 비표면적이 증가하며, 체적특성은 감소하고 표면특성이 증대되어 이에 따른 전기/자기적, 광학적 성질이 발현되는 것으로 알려져 있다.(Park & Lee, 2000).
본 발명에서는 이러한 다공성 장석의 미세한 공극을 활용하여 본 발명에서 사용되는 시온안료를 안정적으로 함침시켜 사용하는 핵심적 특징기술이다.
즉, 상기 다공성 장석 분말 및 시온안료를 믹서기에 투입하여 균일하게 혼합하면서 압력을 가하여 상기 시온안료가 상기 다공성 장석 분말의 공극에 함침되도록 전처리하여 사용하는 것이 바람직한데, 이렇게 상기 다공성 장석 분말에 시온안료를 함침하게 되면 가역적인 시온안료가 안정적으로 지속적인 감온변색하는데 내구성을 유지할 수 있게 된다.
이때, 상기 다공성 장석입자는 입자크기는 40㎛ ~ 1mm이고, 상기 시온안료는 입자크기 1-10㎛인 마이크로캡슐(microcapsule) 가역 시온안료인 것이 바람직하다.
즉, 시온 안료는 [도 2]에 도시한 바와 같이, 기본적으로 Microcapsule 물질로 이루어져 있으며 그 크기는 약 1-10㎛이며 이 캡슐이 파괴되면 그 성질을 잃게 되어 사용시, 고압, 고진공, 전자 렌지 등의 고주파 가열 등에는 사용하지 말아야 하며, 실제로 이 부분을 모르고 실패한 사례가 많이 있으므로 주의하여야한다.
그 캡슐안에는 Electro donor(전자 공여체)와 Electro acceptor(전자 수용체)를 구성 물질로 되어 온도 상승시 이 물질들이 결합하여 색상을 나타내고 온도 하강 시 분리되어 투명하게 된다.
이때, 기준 온도에 도달함에 따라 색깔이 없어지기 시작했다가 기준 온도에 도달하면 투명하여 졌다가 다시 온도가 내려가면 원래의 색깔로 되돌아 가느냐 않느냐에 따라 가역성,비(불)가역성으로 나뉘어지며 현재 실용되고 있는 가역성 시온잉크는 금소착염, 코레스텔릭액정, 메타모컬러 3종류이다
특히, 온도 외에 특정 조건(예 : 온도와 습도가 동시에 만족할 때)에 부합되어야 원래의 색으로 돌아오는 안료를 준가역성 안료로 분류하기도 하며, 가역성은 원래의 색상으로 되돌아와 반복 사용이 가능하고, 비가역성은 원래의 색상으로 되돌아 가지않는 1회성이며 일반적으로, 가역성 안료는 기준 온도가 -15℃에서 70℃를 사용하여 팬시, 판촉물 등 일상용품 등에 사용된다.
아울러, 상기 시온안료는 저온에서 고온 또는 고온에서 저온으로 변하는 온도에 감응하여 변색되는 3종 이상의 색상을 나타내는 혼합 시온안료를 시용하는 것이 색상변화 및 심미감 또는 도시미관을 위해 바람직하다.
여기서, 상기 혼합 시온안료는 온도 -5~5℃에서 스카이블루 색상을 나타내는 시온안료, 온도 14~20℃에서 옐로우 색상을 나타내는 시온안료, 온도 25~31℃에서 로즈레드 색상을 나타내는 시온안료가 혼합된 것을 사용할 수 있다.
특히, 상기 감온변색골재에 혼합되는 규산나트륨(Sodium Silicate)는 상기 시온안료를 결합, 고착하기 위한 접착제로서, 점도가 90cps이며, 고형분 함량은 57중량%, 구성성분은 Sodium Silicate 55~60중량%, H2O 35~40중량%를 포함하는 반투명 백색의 자연건조성 무기물 접착제이다.
한편, 본 발명의 콘크리트 블로에 사용되는 상기 차열골재는 LCD/OLED 폐유리, 태양광패널 폐유리 및 스크랩 파쇄유리로부터 1종 이상 선택되는 폐유리 분말인 광반사 필러와, 평균입경이 10 ~ 100㎛이며, 실리카 또는 알루미늄 실리케이트 마이크로 쉘-중공구체인 열차폐단열 필러를 1:1중량비로 혼합한 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 광반사 필러는 외부에서 조사되는 광을 통한 복사열의 전달을 반사를 통해 차폐하는 기능을 갖는다.
이때, 사용되는 광반사 필러로서 폐유리는 LCD/OLED 폐유리, 태양광패널 폐유리 및 스크랩 파쇄유리로부터 1종 이상 선택되는 것이 광반사 기능 및 재활용 측면에서 바람직하다.
특히, 차열효과를 극대화하기 위하여는 일반적으로 중공구체(Hollow Spheres)를 사용하고 있는데, 국내등록특허 제500,601호에서는 세라믹 중공체로 세노스피어를 함유하는 단열 페인트를 개시하고 있는 바, 여기서 세노스피어는 석탄화력발전소에서 석탄 연소 후 발생하는 플라이애쉬 (Fly ash)중에서 표면에 부유되어 있는 물질을 수집하여 가공한 것으로, 연소과정에서 생성되는 구형의 실리카·알루미나 화합물로 내부에 공기나 불활성 기체가 채워진 경량의 미립자이다. 이러한 세노스피어는 산업폐기물을 재활용하는 것이어서 친환경적이며, 저렴하여 경제성을 확보할 수 있다는 장점을 가진다.
또한, 이러한 열차폐단열 필러 중공형 비드는 외부 또는 내부에서 전달되는 열에 대한 단열효과를 발현하는 기능을 수행한다. 또한, 전도열 뿐만 아니라 복사열의 차단효과도 향상되고, 습기에 따른 장벽효과가 뛰어나다.
상기 중공형 비드는 바람직하게는 실리카 또는 알루미늄 실리케이트 마이크로 쉘-중공구체일 수 있으며 평균입경이 10 ~ 100㎛이고, 중공벽 두께가 3 ~ 20㎛일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 온도감응변색 및 차열효과가 우수한 표층부를 구비한 감온변색차열 콘크리트 블록은, 물 50~100중량부, 시멘트 80~150중량부, 규사 250~300중량부, 다공성 장석 분말 50~100중량부, 시온안료 5~20중량부, 규산나트륨 5~20중량부 및 고성능 AE감수제 0.5~2중량부를 포함하여 조성되는 모르타르를 양생 경화시킨 후, 상기 규사 입자크기로 분쇄하여 감온변색골재를 제조하는 제1단계; 물 70~100중량부, 시멘트 280~310중량부, 부순굵은골재 60~110중량부, 부순잔골재 600~710중량부, 페로니켈슬래그 잔골재 900~1,000중량부 및 고성능 AE감수제 1~3중량부를 포함하여 조성되는 기층모르타르를 제조하는 제2단계; 물 20~30중량부, 시멘트 90~110중량부, 규사 320~400중량부, 감온변색골재 50~100중량부, 차열골재 50~100중량부 및 고성능 AE감수제 0.5~2중량부를 포함하여 조성되는 표층모르타르를 제조하는 제3단계; 상기 제2단계에서 제조된 기층모르타르를 형틀 하부에 타설하고, 상기 기층모르타르 타설면 상부에 상기 제3단계에서 제조된 표층모르타르를 타설하여 성형한 후, 탈형하여 양생시키는 제4단계;를 포함하는 제조방법으로 제조될 수 있다.
[본 발명의 감온변색차열 콘크리트 블록 표층부 성형]
물 30kg, 시멘트 100kg, 규사 350kg에 물 70kg, 시멘트 100kg, 규사 250kg, 다공성 장석 분말 70kg, 시온안료 20kg, 규산나트륨 10kg 및 고성능 AE감수제 1kg를 혼합 양생 경화하여 상기 규사 크기로 분쇄한 감온변색골재 70kg와 스크랩 파쇄유리 35kg, 세노스피어 35kg를 혼합한 차열골재 70kg 및 고성능 AE감수제 1kg를 혼합하여 두께 20mm의 콘크리트 블록 표층부를 성형하였다.
[감온변색시험]
상기 [실시예 1]에서 제조된 콘크리트 블록의 표층부를 0℃, 25℃, 31℃에서 노출한 결과 [도 3]에 도시한 바와 같이, 각각 스카이블루, 옐로우, 로즈레드 색상으로 변색됨을 확인할 수 있다.
[열차폐시험]
상기 [실시예 1]에서 제조된 콘크리트 블록의 표층부에 할로겐램프(12V, 100W)를 켜고 1000초 후 온도측정기로 표면 온도를 측정하고, 다음 [표 3]에 그 결과를 나타내었다. [표 3]에 나타난 바와 같이, 실험후와 실험전의 온도차가 작을수록 차열 특성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
| 할로겐램프 OFF | 할로겐 램프 ON | 온도차 |
| 25.1℃ | 30.5℃ | 5.4℃ |
10 : 기층부 30 : 표층부
100 : 콘크리트 블록 110 : 감온변색골재
120 : 차열골재
100 : 콘크리트 블록 110 : 감온변색골재
120 : 차열골재
Claims (7)
- 물 70~100중량부, 시멘트 280~310중량부, 부순굵은골재 60~110중량부, 부순잔골재 600~710중량부, 페로니켈슬래그 잔골재 900~1,000중량부 및 고성능 AE감수제 1~3중량부를 포함하여 조성되는 기층모르타르로 형성한 기층부와; 상기 기층부 상부에 물 20~30중량부, 시멘트 90~110중량부, 규사 320~400중량부, 감온변색골재 50~100중량부, 차열골재 50~100중량부 및 고성능 AE감수제 0.5~2중량부를 포함하여 조성되는 표층모르타르로 형성한 표층부;로 구성되되,
상기 감온변색골재는 물 50~100중량부, 시멘트 80~150중량부, 규사 250~300중량부, 다공성 장석 분말 50~100중량부, 시온안료 5~20중량부, 규산나트륨 5~20중량부 및 고성능 AE감수제 0.5~2중량부를 포함하여 조성되는 모르타르를 양생 경화시킨 후, 상기 규사 입자크기로 분쇄한 것을 사용하여 노면의 온도에 따라 자연적으로 색상이 변화하여 노면의 온도상태를 나타냄과 동시에 도시미관의 다양성을 제공하며,
상기 차열골재는 LCD/OLED 폐유리, 태양광패널 폐유리 및 스크랩 파쇄유리로부터 1종 이상 선택되는 폐유리 분말인 광반사 필러와, 평균입경이 10 ~ 100㎛이며, 실리카 또는 알루미늄 실리케이트 마이크로 쉘-중공구체인 열차폐단열 필러를 1:1중량비로 혼합한 것을 사용하여 여름철 도심지 보도블록의 차열에 의한 열섬효과를 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 온도감응변색 및 차열효과가 우수한 표층부를 구비한 감온변색차열 콘크리트 블록
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 다공성 장석 분말 및 시온안료는 믹서기에 투입하여 균일하게 혼합하면서 압력을 가하여 상기 시온안료가 상기 다공성 장석 분말의 공극에 함침되도록 전처리되는 것을 특징으로 하는 온도감응변색 및 차열효과가 우수한 표층부를 구비한 감온변색차열 콘크리트 블록
- 제1항에 있어서,
상기 시온안료는 입자크기 1-10㎛인 마이크로캡슐(microcapsule) 가역 시온안료인 것을 특징으로 하는 온도감응변색 및 차열효과가 우수한 표층부를 구비한 감온변색차열 콘크리트 블록
- 제4항에 있어서,
상기 시온안료는 저온에서 고온 또는 고온에서 저온으로 변하는 온도에 감응하여 변색되는 3종 이상의 색상을 나타내는 혼합 시온안료인 것을 특징으로 하는 온도감응변색 및 차열효과가 우수한 표층부를 구비한 감온변색차열 콘크리트 블록
- 삭제
- 물 50~100중량부, 시멘트 80~150중량부, 규사 250~300중량부, 다공성 장석 분말 50~100중량부, 시온안료 5~20중량부, 규산나트륨 5~20중량부 및 고성능 AE감수제 0.5~2중량부를 포함하여 조성되는 모르타르를 양생 경화시킨 후, 상기 규사 입자크기로 분쇄하여 감온변색골재를 제조하는 제1단계; 물 70~100중량부, 시멘트 280~310중량부, 부순굵은골재 60~110중량부, 부순잔골재 600~710중량부, 페로니켈슬래그 잔골재 900~1,000중량부 및 고성능 AE감수제 1~3중량부를 포함하여 조성되는 기층모르타르를 제조하는 제2단계; 물 20~30중량부, 시멘트 90~110중량부, 규사 320~400중량부, 감온변색골재 50~100중량부, 차열골재 50~100중량부 및 고성능 AE감수제 0.5~2중량부를 포함하여 조성되는 표층모르타르를 제조하는 제3단계; 상기 제2단계에서 제조된 기층모르타르를 형틀 하부에 타설하고, 상기 기층모르타르 타설면 상부에 상기 제3단계에서 제조된 표층모르타르를 타설하여 성형한 후, 탈형하여 양생시키는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 온도감응변색 및 차열효과가 우수한 표층부를 구비한 감온변색차열 콘크리트 블록의 제조방법
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